1.6　計算機系統的組成

目前的計算機是在程序語言支持下工作的，所以一個計算機系統應包括計算機硬件系統和計算機軟件系統兩大部分，如圖1-1所示。

計算機硬件系統是指構成計算機的各種物理裝置，包括計算機系統中的一切電子、機械、光電等設備，是計算機工作的物質基礎。計算機軟件系統是指為運行、維護、管理、應用計算機所編制的所有程序和數據的集合。通常，把不裝備任何軟件的計算機稱為“裸機”，只有安裝了必要的軟件后，用戶才能方便地使用計算機。

1.計算機硬件系統

計算機硬件系統由運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備五大部分組成，如圖1-2所示，圖中實線為數據流（各種原始數據、中間結果等），虛線為控制流（各種控制指令）。輸入/輸出設備用于輸入原始數據和輸出處理后的結果，存儲器用于存儲程序和數據，運算器用于執行指定的運算，控制器負責從存儲器中取出指令，對指令進行分析、判斷，確定指令的類型并對指令進行譯碼，然后向其他部件發出控制信號，指揮計算機各部件協同工作，控制整個計算機系統逐步地完成各種操作。

（1）運算器

運算器是對數據進行加工處理的部件，通常由算術邏輯部件（Arithmetic Logic Unit，ALU）和一系列寄存器組成。它的功能是在控制器的控制下對內存或內部寄存器中的數據進行算術運算（加、減、乘、除）和邏輯運算（與、或、非、比較、移位）。

（2）控制器

控制器是計算機的神經中樞和指揮中心，在它的控制下整個計算機才能有條不紊地工作。控制器的功能是依次從存儲器中取出指令、翻譯指令、分析指令，并向其他部件發出控制信號，指揮計算機各部件協同工作。

運算器、控制器和寄存器通常被集成在一塊集成電路芯片上，稱為中央處理器（central processing unit，CPU）。

（3）存儲器

存儲器用來存儲程序和數據，是計算機中各種信息的存儲和交流中心。存儲器通常分為內部存儲器和外部存儲器。

內部存儲器簡稱內存，又稱主存儲器，主要用于存放計算機運行期間所需要的程序和數據。用戶通過輸入設備輸入的程序和數據首先要被送入內存，運算器處理的數據和控制器執行的指令來自內存，運算的中間結果和最終結果也保存在內存中，輸出設備輸出的信息來自內存。內存的存取速度較快，容量相對較小。因為內存具有存儲信息和與其他主要部件交流信息的功能，所以內存的大小及其性能的優劣直接影響計算機的運行速度。

外部存儲器又稱輔助存儲器，用于存儲需要長期保存的信息，這些信息往往以文件的形式存在。外部存儲器中的數據，CPU是不能直接訪問的，要被送入內存后才能被使用，計算機通過內存、外存之間不斷的信息交換來使用外存中的信息。與內存比較，外部存儲器容量大，速度慢，價格低。外存主要有磁帶、硬盤、移動硬盤、光盤、閃存盤等。

（4）輸入設備和輸出設備

輸入/輸出（I/O）設備是計算機系統與外界進行信息交流的工具。其作用分別是將信息輸入計算機和從計算機輸出。

輸入設備將信息輸入計算機，并將原始信息轉化為計算機能識別的二進制代碼存放在存儲器中。常用的輸入設備有鍵盤、鼠標、掃描儀、觸摸屏、數字化儀、攝像頭、麥克風、數碼照相機、光筆、磁卡讀入機、條形碼閱讀機等。

輸出設備的功能是將計算機的處理結果轉換為人們所能接受的形式并輸出。常用的輸出設備有顯示器、打印機、繪圖儀、影像輸出系統和語音輸出系統等。

2.計算機軟件系統

計算機軟件系統是指為運行、維護、管理、應用計算機所編制的所有程序和數據的集合，通常按功能分為系統軟件和應用軟件兩大類。

（1）系統軟件

系統軟件是為計算機提供管理、控制、維護和服務等功能的軟件，如操作系統、數據庫管理系統、工具軟件等。

①操作系統。操作系統（Operating System，OS）是最基本、最核心的系統軟件，計算機和其他軟件都必須在操作系統的支持下才能運行。操作系統的作用是管理計算機系統中所有的硬件和軟件資源，合理地組織計算機的工作流程；同時，操作系統又是用戶和計算機之間的接口，為用戶提供一個使用計算機的工作環境。目前，常見的操作系統有Windows、UNIX、Linux、Mac OS等。所有的操作系統具有并發性、共享性、虛擬性和不確定性四個基本特征。不同操作系統的結構和形式存在很大差別，但一般都有處理機管理（進程管理）、作業管理、文件管理、存儲管理和設備管理五項功能。

智能手機的操作系統也備受關注。目前使用Linux操作系統的人越來越多，摩托羅拉（Motorola）是支持該系統的手機廠商。黑莓（BlackBerry）是美國市場占有率第一的手機，但在中國影響力小。奔邁（Palm）系統操作穩定性好，但近年來被更加智能化的Windows Mobile超過。塞班（Symbian）系統是諾基亞主打的系統。Android是Google開發的基于Linux平臺的開源手機操作系統。而iPhone OS X是由蘋果公司為iPhone開發的操作系統，主要供iPhone、iPad和Apple Watch使用。

②系統支持軟件。系統支持軟件是介于系統軟件和應用軟件之間，用來支持軟件開發、計算機維護和運行的軟件，是為應用層的軟件和最終用戶處理程序和數據提供服務的，如語言的編譯程序、軟件開發工具、數據庫管理軟件、網絡支持程序等。

（2）應用軟件

應用軟件是為解決某個應用領域中的具體任務而開發的軟件，如各種科學計算程序、企業管理程序、生產過程自動控制程序、數據統計與處理程序、情報檢索程序等。常用應用軟件的形式有定制軟件（針對具體應用而定制的軟件，如民航售票系統）；應用程序包（如通用財務管理軟件包）；通用軟件（如文字處理軟件、電子表格處理軟件、課件制作軟件、繪圖軟件、網頁制作軟件、網絡通信軟件等）三種類型。